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《基于磁場共振強耦合原理的無線能量傳輸》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于強耦合磁共振原理的無線輸電技術(shù)在一個強耦合的體制上使用自諧振線圈，實驗證明有效非輻射的功率傳輸距離高達線圈的半徑的8倍。我們可以以40%的效率傳輸60W距離超過2米。我們提出一個與實驗結(jié)果匹配率在5%以內(nèi)的定量模型描述功率傳輸。我們討論了該系統(tǒng)的實用性,提出需要進一步研究的方向。20世紀早期，在電線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)前，尼古拉特斯拉致力于無線輸電的計劃研究。然而，典型的具體例子（如特斯拉線圈）涉及不需要的的大電場（損耗更大）。過去的10年里見證了自主電子設(shè)備的使用浪潮（筆記本電腦，手機，機器人，掌上電腦等等）。結(jié)果，人們對無線輸電的興趣再度出現(xiàn)。輻射傳輸，盡管完美地適合信息傳輸，但是在電
2、力傳輸應(yīng)用上許多的困難點：如果輻射是全方位的，能量傳輸?shù)男蕰浅５停瑔蜗虻妮椛湫枰粋€不受視線的干擾和先進的跟蹤機制。一個最近的理論論文陳述了采用共振對象通過非輻射域的末端耦合進行中距離的能量傳輸?shù)目赡苄缘脑敿毞治?。直觀地，兩個有相同頻率的共振物體能有效的交換能量，雖然有相關(guān)的少部分能量會損失在無關(guān)的不共振物體上。在耦合共振系統(tǒng)中（如聲音，電磁，磁，核），經(jīng)常存在大體的“強耦合”機制。如果可以實現(xiàn)給定的系統(tǒng)，能量傳輸就會變得很有效。用這種方式實施中距離能量傳輸是近乎全方位，有效的，不論其幾何周圍空間，而且受到周圍物體的干擾和損失小。以上的考慮和物理性質(zhì)的共振無關(guān)。這里，我們專注于
3、一個特定的物理性體系：磁共振。磁共振是特別的適合每個應(yīng)用，因為大部分的一般材料不能與磁場相互作用，所以和環(huán)境物體的相互作用被抑制得更小。通過研究非輻射（近場）兆赫頻率磁共振感應(yīng)，我們能確定識別兩個耦合的系統(tǒng)中的強耦合體。乍看來，這樣的能量傳輸令人回想起通常的磁感應(yīng)；然而，注意通常的非諧振的感應(yīng)對中距離應(yīng)用的效率是很低的。形式概述高效率的中距離能量傳輸發(fā)生在共振物體和另外一個物體強烈耦合的參數(shù)空間。利用耦合模理論來描述這個物理系統(tǒng)，我們得到下列的一組線性方程式：目錄上指示了不同的共振物體。變量被定義，物體m包含的能量為，ωm是孤立物體的共振角頻率，?m是它的固有衰減率（如因為吸收和輻
4、射損失）。在這個框架內(nèi)，一個帶有參數(shù)ω0和?0無耦合無驅(qū)動振蕩器會隨時間演變成。代表兩物體之間（下標表示耦合方向）的耦合率，F(xiàn)m(t)是驅(qū)動項。我們限制對于兩個對象的情況處理，由源和設(shè)備表示，如源（由下標S識別）是在一個恒定的頻率的外部驅(qū)動的，兩個物體的耦合系數(shù)為κ。工作的提升來自于器件（下標為Ｄ），我們通過一個作為回路阻抗的負載（下標為Ｗ）連接器件，為空載設(shè)備物體的衰減率?Ｄ增加了額外項?W。所以總體的設(shè)備衰減率是。提升工作由負載上的能量損失決定，能量損失是。取和額外項?W之間的傳輸效率?的最大值，公式1給出，等價于解決阻抗匹配問題。我們發(fā)現(xiàn)當源和設(shè)備共振時，整體裝置工作得最好，
5、此時的效率是：當時效率最大。很容易得到有效能量傳輸?shù)年P(guān)鍵是有。這是在強耦合體系里經(jīng)常被提及的。共振在能量傳輸機制里扮演了至關(guān)重要的角色，因為效率會在物體耦合無共振情況下有大約的增加（特定參量~106）。自振線圈理論模型我們對于這個計劃的實驗認知包含兩個自振線圈。一個線圈（源線圈）和一個振蕩回路電感耦合；另一個裝置線圈和負載電阻電感耦合(12)(Fig.1)。自諧振線圈依賴于分布電感和分布電容之間相互作用來實現(xiàn)共振。線圈是由電導線整個的長度l,橫截面半徑a繞成的N匝螺旋，半徑r和高度h組成。以我們的知識所知，對于有限螺旋在文獻中沒有準確的解決方案，甚至在無限長線圈的情況下，解決方案只
6、有在假設(shè)無限長對我們的系統(tǒng)是不夠的情況下才成立。然而我們發(fā)現(xiàn)，以下描述的簡單的準靜態(tài)模型和實驗符合的很好（5%以內(nèi)）。我們一開始觀察到的電流在線圈的兩端必須是零，我們有根據(jù)地作出猜測，線圈的諧振模式近似是由正弦電流沿導線的長度分布。我們對最低模式很感興趣，如果我們用S表示沿著導體長度的坐標參數(shù)，例如，它是從?l/2到l/2，然后隨時間變化的電流分布的形式它是由從電荷密度分布的形式的連續(xù)性方程推導而來，這樣，一半的線圈（當切片垂直于它的軸）含有振蕩的總電荷（振幅），與另一半的電荷大小相等的但符號相反。因為線圈共振，電流和電荷密度分布之間有π/2相位差，這意味著一個實數(shù)部分是最大值，另
7、一個實數(shù)部分就是零。同樣，包含在線圈中的能量是在特定時間點完全由于電流，其他時間點則是完全由于電荷。利用電磁理論，我們可以定義每個線圈的有效電感L和有效電容C的，如下：這里的空間電流J（R）和電荷密度ρ（R）分別從沿分離的線圈電流和電荷密度得到，與該對象的幾何相關(guān)聯(lián)。作為定義，L和C有這樣的性質(zhì)：包含在線圈中的能量U給出：根據(jù)這種關(guān)系和連續(xù)性方程，得到的諧振頻率現(xiàn)在通過定義我們可以把這個線圈作為耦合模理論的標準的振蕩器。通過注意電流曲線分布我們可以估算散耗功率，意味著
